2.3波尔的原子模型 课件—20202021学年鲁科版高中物理选修3-5（16张PPT）

2.3 波尔的原子模型
汤姆孙发现电子
汤姆孙的西瓜模型
α粒子散射实验
卢瑟福的核式结构模型
原子不可割
汤姆孙的西瓜模型
否定
建立
否定
建立
出现矛盾
是否完美了呢
?
回顾科学家对原子结构的认识史
电子绕核运动将不断向外辐射电磁波，电子损失了能量，其轨道半径不断缩小，最终落在原子核上,而使原子变得不稳定
+
经典理论认为
事 实
+
原子是稳定的
卢瑟福的核式结构学说与经典电磁理论的矛盾
1、 电子没有被库仑力吸引到核上，它一定是以很大的速度绕核运动，就象行星绕着太阳运动那样。按照经典理论，绕核运动的电子应该辐射出电磁波，因此它的能量要逐渐减少。随着能量的减少，电子绕核运行的轨道半径也要减小.于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核，就像绕地球运动的人造卫星受到上层大气阻力不断损失能量后要落到地面上一样。 这样看来，原子应当是不稳定的，然而实际上并不是这样。
经典理论认为
事 实
由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率等于绕核运动的频率，连续变化，原子光谱应该是连续光谱
原子光谱是不连续的，是线状谱
卢瑟福的核式结构学说与经典电磁理论的矛盾
以上矛盾表明，从宏观现象总结出来的经典电磁理论不适用于原子这样小的物体产生的微观现象。为了解决这个矛盾，1913年丹麦的物理学家玻尔在卢瑟福学说的基础上，把普朗克的量子理论运用到原子系统上，提出了玻尔理论。
针对原子核式结构模型提出
围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值。且电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射，也就是说，电子的轨道是量子化的。
一、玻尔原子理论的基本假设
假说1：轨道量子化
+
分立轨道
针对原子的稳定性提出
电子在不同的轨道上运动，原子处于不同的状态。玻尔指出，原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。在这些状态中原子是稳定的。
能级(定态)
能级：量子化的能量值。
定态：原子中具有确定能量的稳定状态。
基态：能量最低的状态(离核最近)
基态
激发态：其他的能量状态
激发态
量子数
1
2
3
轨道与能级相对应
E4
1
2
3
4
5
E1
E3
E2
E5
E∞
n
针对原子光谱是
线状谱提出
假说2：频率条件(跃迁假说)
E4
1
2
3
4
5
E1
E3
E2
E5
E∞
n
原子在始、末两个能级 Em 和 En ( Em>En ) 间跃迁时，发射 (或吸收) 光子的频率可以由前后能级的能量差决定：
激发态
跃 迁
电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加
吸收光子
电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少
辐射光子
光子的发射和吸收
基
态
( Em > En )
二、玻尔理论对氢光谱的解释
2、成功预言了氢原子存在其它系谱线
－－－－－－－－－－－－－－－－－
１
２
３
４
５
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
-0.54
0 eV
n
E/eV
∞
巴耳末系可见光
1、成功解释了氢原子的巴耳末系谱线
2、成功预言了氢原子的其它系谱线
δ
γ
β
α
400nm-----------------可见光区---------------700nm
红外线区
紫外线区
H
H
H
H
656nm
486nm
434nm
410nm
赖曼系 紫外线
帕邢系
布喇开系
普丰特系
红外线
玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题，但是也有它的局限性
在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念
同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律
除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难
三、玻尔模型的局限性
氦原子光谱
量子化条件的引进没有适当的理论解释
汤姆孙发现电子
汤姆孙的西瓜模型
α 粒子散射实验
卢瑟福的核式结构模型
原子不可割
汤姆孙的西瓜模型
原子稳定性事实氢光谱实验
卢瑟福的核式结构模型
出现矛盾
?
玻尔模型
复杂（氦）原子光谱
量子力学理论
玻尔模型
出现矛盾
原子结构的认识史
否 定
建 立
否 定
建 立
出现矛盾
否 定
建 立
否 定
建 立
怎样修改玻尔模型？
思想：必须彻底放弃经典概念
关键：用电子云概念取代经典的轨道概念
电子在某处单位体积内出现的概率 — 电子云
建
立
科
学
模
型
提
出
科
学
假
说
观察与实验所获得的事实
1. 按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道上，有关能量变化的说法中，正确的是 ( )
A. 电子的动能变大，电势能变大，总能量变大
B. 电子的动能变小，电势能变小，总能量变小
C. 电子的动能变小，电势能变大，总能量不变
D. 电子的动能变小，电势能变大，总能量变大
D
练一练
2. 根据玻尔理论，某原子的电子从能量为 E 的轨道跃迁到能量为 E? 的轨道，辐射出波长为 λ 的光，以 h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则 E? 等于 ( )
B.
C. D.
C